(57)【要約】【課題】半導体ウェハーの大口径化、微細化に対応した、小形で、高性能のステージシステムを備えた安価な荷電粒子線装置を実現する。【解決手段】回転アーム１２は一方端が回転アーム支持軸により支持され、アーム１２の他方端部の下面部を支持する円弧ガイド１３上を旋回する。回転アーム１２の駆動は回転アーム１２の先端に接触している超音波モータ１４で駆動され、回転角度検出器１６のより回転アーム１２の回転角度を検出する。超音波駆動モータ１４はパルス駆動で回転アーム１２を極めて精度良く、ステップ送りすることが可能である。回転アーム１２は回転支持ベアリング１５により支持され回転し、円弧ガイド１３上を他方端が回動することより、剛性を向上させており、上下方向のガタを防止することができる。【選択図】図２
2010108640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を被検査物に照射して、検査する荷電粒子線装置において、
被検査物が配置され、この被検査物を回転させる回転テーブルと、
上記回転テーブルの回転角度検出手段と、
上記回転テーブルを回転駆動する駆動手段と、
上記回転テーブルを支持し、円弧状に移動させる回転アームと、
上記回転アームの回転角度検出手段と、
上記回転アームを駆動する駆動手段と、
上記回転ステージに配置された被検査物に荷電粒子線を照射する手段と、
上記回転テーブルの回転角度検出手段及び上記回転アームの回転角度検出手段が検出した回転角度に基づいて、上記回転テーブル及び上記回転アームの動作を制御する演算制御手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記回転テーブル駆動手段及び上記回転アーム駆動手段は、圧電素子を用いた駆動モータであることを特徴とする荷電粒子線装置
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記回転アームの回転角度検出手段は、上記回転アームの回転軸近傍、もしくは回転軸の周囲に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記回転アームの一方端は、回転軸により支持され、他方端は上記回転テーブルを支持するとともに、この他方端の底面部が、円弧状のガイド機構により支持され、このガイド機構に沿って、上記回転アームの他方端が上記回転テーブルと共に移動することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項２記載の荷電粒子線装置において、上記回転アーム駆動手段は、上記回転アームの先端を駆動することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記演算制御手段は、上記被検査物上のパターンの、直交座標値を極座標値に変換して、上記回転テーブル及び上記回転アームの動作を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、荷電粒子線の偏向手段を備え、上記演算制御手段は、被検査物の回転角度を算出し、上記偏向手段を制御して、荷電粒子線を上記被検査物の目標位置に照射することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記回転テーブルと、上記回転テーブル回転角度検出手段と、上記回転テーブル駆動手段と、上記回転アームと、上記回転アーム回転角度検出手段と、上記回転アーム駆動手段とが内部に配置される試料室を備え、この試料室は、単一材料を切削加工することにより形成されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項６記載の荷電粒子線装置において、上記演算制御部は、被検査物のパターンの直交座標データを極座標変換して回転アーム及び回転テーブルの移動位置を決定し、荷電粒子線による実画像を表示手段に表示し、この実画像と予め算出した参照画像とを比較し、位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量を荷電粒子線の偏向位置量に加算することによって補正を行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、荷電粒子線の被検査物上への照射位置に対し、回転アームの旋回する回転円弧軌道上に光学顕微鏡あるいは、異なる荷電粒子光学系のいずれか、または双方が配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の荷電粒子線装置において、光顕微鏡あるいは異なる荷電粒子光学系より得られる画像情報を得て保存することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項４記載の荷電粒子線装置において、上記アームの駆動手段の配線、及び上記アームの回転角度検出器の配線は回転アームに沿って配線し、回転アームの回転軸付近から引き出すことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、上記回転アーム、上記回転テーブルの温度を測定する温度センサと、上記回転アームの温度を調整する温度調整手段とを備え、上記演算制御部は、上記温度センサが検出した温度測定値を用い、上記温度制御手段の動作を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の荷電粒子線装置において、被検査物のエッジ部に対して光顕微鏡顕像あるいは、荷電粒子線像を取得し、取得した画像を記憶する手段を備え、同一箇所を比較して欠陥レビューすることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスの微細化、大口径化の中で、荷電粒子線装置を用いて半導体ウェハー上の微細パターンの寸法検査や微細欠陥の検査が多用されている。
【０００３】
半導体ウェハーの直径は、現在３００ｍｍであるが、将来４５０ｍｍへと大口径化が検討されている。また、半導体ウェハーのパターン寸法も３５ｎｍ以下となり、これらの寸法計測やパターン欠陥検査も、より高精度の計測が必要であり、荷電粒子線装置の高性能化が望まれている。
【０００４】
さて、荷電粒子線装置において、半導体ウェハーのパターンの位置決めには、Ｘ、Ｙの直交する二軸の座標系を有するステージで行われている。そのために、ステージが大形化し、それを囲む真空を維持する試料室も大形となり、高コストになるばかりでなく、荷電粒子線装置の像分解能を更に向上させる上でも、試料ステージの微小振動による像劣化も問題となっている。
【０００５】
更には、荷電粒子線装置を設置するクリーンルームは一層のクリーン化や床振動防止の為に、装置設置床面積コストも増大しており、小形化が望まれている。
【０００６】
こうした問題に対して、特許文献１に記載された技術が提案されている。この技術は、半導体ウェハーが配置される回転ステージの中心をアームの一方端で支持し、このアームの他方端を中心としてアームを回動させることにより、回転ステージも回動させ、パターンの位置決めを行う技術である。
【０００７】
また、電子線描画装置の例であるが、特許文献２には、カラム内の回転レンズを制御してウェハーを描画することで、試料台の移動量を小さくし、かつ、ステージを小型化する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１６２０５７号公報
【特許文献２】特許公開平１１−８６７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術により小形化が実現できるが、振動に対する配慮や、具体的な位置決め精度を確保するための構造や手段については記載がなく、位置決め精度の向上化が困難である。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術は、対象が電子線描画装置であり、さらに、回転軸は２つであって、荷電粒子線装置とは構成が異なり、荷電粒子線装置に適用することはできない。
【００１１】
現在、半導体ウェハーは直径３００ｍｍであるが、国際半導体ロードマップ（ＩＴＲＳ）では、２０１２年に４５０ｍｍ製造の実現を求めている。
【００１２】
今後、半導体ウェハーが４５０ｍｍへと大形化すると、荷電粒子線装置の大形化に伴うコストの増大、ステージの位置決め精度への対応が難しくなり、振動障害による像の劣化、位置決め後のステージのドリフトによる像ボケなどの問題を解決する必要が生じる。特に、微細化が進むと、上記の問題により、再現性、安定性が問題となる。また、微細化が促進されると、コンタミによるビームドリフトが問題となるため、真空室内の真空度の向上や真空の質の向上も必要となってくる。特にハイドロカーボン系の残留ガスが問題になるといわれており、よりクリーンな空間を作る必要があり、試料室を含むステージ系は簡単かつ小形であることが望まれる。
【００１３】
本発明の目的は、半導体ウェハーの大口径化、微細化に対応した、小形で、高性能のステージシステムを備えた安価な荷電粒子線装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の荷電粒子線装置は、被検査物を回転させる回転テーブルと、この回転テーブルの回転角度検出手段と、上記回転テーブルを回転駆動する駆動手段と、上記回転テーブルを円弧状に移動させる回転アームと、この回転アームの回転角度検出手段と、上記回転アームの駆動手段と、上記回転ステージに配置された被検査物に荷電粒子線を照射する手段と、上記回転テーブルの回転角度検出手段及び上記回転アームの回転角度検出手段が検出した回転角度に基づいて、上記回転テーブル及び上記回転アームの動作を制御する演算制御手段と備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、半導体ウェハーの大口径化、微細化に対応した、小形で、高性能のステージシステムを備えた安価な荷電粒子線装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明が適用される測長ＳＥＭや欠陥レビューＳＥＭなどの荷電粒子線装置の概略構成図である。なお、説明の都合上、本発明の実施形態について、電子線装置を例にして説明する。以下、被検査物（対象試料）として半導体ウェハーを主として説明するが、液晶パネル、ステッパー用マスク、また、一般の分析用試料等でも適応が可能である。
【００１８】
図１において、レンズ・偏向器制御部１０４によって電子銃１、収束レンズ２、対物レンズ３が制御され、電子線はウェハー８上に細く収束され、偏向器４でウェハー支持台９上に支持されたウェハー８上を走査し、発生した電子を検出系１０５により検出する。検出した信号は検出系制御部１０３により信号処理され、システム制御及び画像処理装置１０６によって処理を行い、画面１０７に像を表示すると共に検出した電子プロファイル信号より微細パターンの寸法を計測することが出来、パターンの欠陥を検査するなど半導体プロセスの歩止まり向上にも用いることができる。
【００１９】
試料支持台９が配置された試料ステージ１０は、ステージ駆動部１０１により駆動され、このステージ駆動部１０１は、ステージ制御部１０２により制御される。試料室５は、ロードロック室６が接続され、試料室５とロードロック室６との間には、ゲートバルブ７が配置されている。
【００２０】
半導体ウェハー８上に形成された微細パターンの寸法や欠陥の検査には、測定したいパターン位置に試料ステージ１０によって、ウェハー支持台９の上に配置されているウェハー８を電子ビーム下に移動させて行われており、本発明とは異なるが、一般的には水平面内で移動する、Ｘ、Ｙ直交座標系のステージが用いられている。
【００２１】
図２は本発明の一実施形態におけるステージシステムの平面図である。図２において、基本的な構成は、回転アーム１２上に回転ステージ１１を配置した構成である。回転ステージ１１上には、ウェハー支持台９があり、この上にウェハー８が配置される。回転アーム１２は、一方端が、図３に示す回転アーム支持軸１２−ａにより支持され、この支持軸１２−ａを回転中心として、アーム１２の他方端部の下面部を支持する円弧ガイド１３上を旋回する。
【００２２】
回転アーム１２の駆動は、回転アーム１２の先端（他方端の側面部）に接触している超音波モータ１４によって駆動される。回転アーム１２の支持軸１２−ａの回りには回転角度検出器１６が設けられ、回転アーム１２の回転角度を検出することが出来る。
【００２３】
高い精度の回転角度検出器では、０．２秒以下で移動した回転角度まで検出することが可能である。
【００２４】
超音波駆動モータ１４は、パルス駆動で、１パルス当たり数ｎｍの送りが可能であり、回転アーム１２を極めて精度良く、ステップ送りすることが可能である。
【００２５】
尚、超音波駆動モータ１４は、図３に示すステージの断面図のセラミックプレート１２−ｂで固定されており、超音波モータ１４の駆動において、耐摩耗性を向上させるとともに、高い剛性を有し、安定した駆動を可能にする。
【００２６】
回転アーム１２は回転支持ベアリング１５（１５−ａ、１５−ｂ）により支持され回転するが、ウェハー８の上下方向に対して片持ちとなり、剛性が低下するので、円弧ガイド１３を設け、この上を回転アーム１２の他方端が回動するように構成し、剛性を向上させており、上下方向のガタを防止することができる。
【００２７】
回転支持ベアリング１５−ａ、１５−ｂは、超精密レベルのものを用いれば偏心量は０．５μｍ以下が可能であり、水平面内における繰り返しの位置再現精度は、０．５μｍより良い値を得ることが可能となる。
【００２８】
回転ステージ１１、回転アーム１２、支持軸１２−ａ、円弧ガイド１３、超音波モータ１４等により、試料ステージ１０が構成されている。なお、１７はリード線であり、１８は配線コネクタである。
【００２９】
この試料ステージ１０の構成で重要なことは、回転アーム１２が試料室５内部に設けられた回転アーム支持軸１２−ａを中心として回転し、このアーム１２の先端を直接、超音波駆動モータ１４で駆動し、回動させるので、バックラッシュが発生する要因は無く、きわめて高精度に駆動できるという効果を有することでる。
【００３０】
また、回転角度検出器１６も直接に回転軸１２−ａ上に組み込まれるので、真空外に駆動系を有する従来の一般的な構造の場合に生ずる軸のねじれの影響や、連結系にそれぞれ発生するガタも少なく、真空をシールするためのＯリングあるいは磁気流体シールも必要なく、極めて精密にモータ直接駆動として回転させることができる。
【００３１】
また、図２、図３に示したステージ構造のように、回転アーム１２と回転ステージ１１で構成された機構部は、さらに小型化（薄型）することが出来得る特徴がある。従って、試料室５も薄型にすることが可能となる。従来技術におけるＸ、Ｙステージでは８インチ用のものであっても２５０〜３００ｍｍ程度の高さとなるため試料室はさらに深さ方向に大きく成る問題があり、底面、四側面の５枚の厚肉材料（板材）を溶接で接合し、オーブンブレージングと呼ばれる技法でロー付けを行うことで、試料室を作成していた。
【００３２】
試料室５は真空容器であることから、真空となった状態では、試料室５の各側壁に大きな圧力がかかり微小変形する。これを小さくするためにも、板厚は２５〜３０ｍｍの非常に厚肉の材料とその加工が必要であった。
【００３３】
ところが、溶接あるいは、オーブンブレージング法であっても、完全なボイドがなく接合することは難しく、一部強度が弱くなるところも生じ、外部の微振動にも弱くなる。
【００３４】
一方、本発明の一実施形態においては、試料ステージ１０そのものを薄型にし、小型化できるので試料室５を厚肉の鉄、パーマロイ材、インバー材あるいは、アルミニウム合金（アルミニウムにカーボンナノチューブを含有させたものを含む）などの一体材料のブロックから直接に切削（中ぐり）加工を施して、ステージの機構が移動する空間を作れば良いので、試料室５が単に小型になるだけでなく、極めて剛性の高い、そして無駄な空間のない最小真空試料室を構成することが出来る。
【００３５】
このことは、同じ真空排気速度の真空ポンプであれば、到達真空度は、高くなり、よりクリーンな真空となる。また剛性が高いので真空を引いたときの変形も小さく、外部振動にも強くすることが出来る。
【００３６】
具体的には、４５０ｍｍの試料ステージであっても１５０〜２００ｍｍの中ぐり加工で試料室を製作することができるという効果がある。
【００３７】
更には回転アーム１２の先端部は、円弧ガイド１３で支持されるので剛性が高く、外部からの振動、特に音波振動などに対して極めて強くすることができるという効果が得られる。
【００３８】
また、回転ステージ１１を駆動するためのモータや、回転角度検出器への配線などを、このアームに沿って配線し、回転アーム支持軸１２−ａの中央よりこの配線を引き出すようにすると、回転アーム１２が旋回した時に、配線の振れ回りは皆無となり、配線が、摩擦により導線がアースに地落するなどの事故もなく、極めて信頼性の高いステージシステムとすることができる。
【００３９】
次に、図２、図３、図４を用いて、本発明の一実施形態における、超音波駆動モータ１４の発熱の影響について説明する。
【００４０】
まず、図２において、超音波駆動モータ１４は、試料室５の底部に固定されるので、このモータ１４で発生する熱は、その多くが試料室５に伝達され、回転アーム１２への伝達は無視でき、熱による影響はない。
【００４１】
一方、回転ステージ１１の詳細断面図である図４に示すように、回転ステージ１１においては、その回転駆動のために超音波モータ（Ｒ）１１−ｇが設けられており、回転ステージ台１１−ｅに固定されている。この回転ステージ台１１−ｅは回転アーム１２に固定されるので超音波モータ（Ｒ）１１−ｇから発生した熱の多くが、回転アーム１２に伝達される。
【００４２】
したがって、真空中にあるこの回転アーム１２は、ステージの連続的な駆動により、温度上昇は避けられない。もし、アルミニウム合金材料を回転アーム１２に使用した場合を考えると、その線膨張率は約２×１０−５であり、アーム１２の長さが５００ｍｍでは１°Ｃの変化が１０μｍ程度の長さの変化となる。そのために、回転アーム１２には、温度センサー１９を取り付け、その測定値により温度を検出し、回転ステージ１１の回転中心までの距離Ｒ１を、温度変化によって伸縮する量を算出して、補正することにより、正確なアーム長さとすることができる。
【００４３】
この際、レンズ等からの漏れ磁場の変化を防ぐために、温度センサー１９に用いるものは、非磁性材料からなる、素材のものが良い。
【００４４】
回転アーム１２の温度上昇に対する他の手段としては、回転アーム１２に対して、他の熱放出手段を付加し、温度上昇を防止することによって、その影響をなくすことが出来る。例えば、ペルチェ素子による冷却であるとか、フレキシブルな冷却チューブでチューブ内に冷媒を循環させて冷却するなどを行い、先の温度センサーの値をフィードバックさせながら、冷却し、温度変化を最小限に留める方法が考えられる。
【００４５】
次に、回転ステージ１１について、図４を参照して、さらに詳細に説明する。
【００４６】
図４において、回転アーム１２の上に回転ステージ１１が配置されている。回転軸１１−ａには、コロガイド（ａ）１１−ｂ（内輪）が結合されている。このコロガイド１１−ｂには、精度高く回転できるようにするためにセラミック材が用いられる。これは、剛性が高く、固い材料が望ましいからである。
【００４７】
コロガイド１１−ｂとコロガイド１１−ｃ（外輪）とによりコロ１１−ｄを挟んで、回転軸１１−ａは回転する。回転軸１１−ａには筒体１１−ｈが連結されており、この筒体１１−ｈの外周には超音波駆動モータ（Ｒ）１１−ｇが配置されている。
【００４８】
超音波駆動モータ（Ｒ）１１−ｇは、先に述べた超音波駆動モータ１４と同様に、ピエゾ素子の電圧による伸縮を原理として、これを駆動モータとしたもので、近年、急速に応用が拡大しているモータであり、文献“Tribology Series・Triborogical Research and Design for Engneering Systems (2003),461-468”や、「アルミナの電子ビーム露光装置用超音波モータへの応用、日本セラミック協会誌、セラミックス、３７（２００１），３９−４１」などに記載されている。
【００４９】
これらの文献には、非磁性で、微小量の連続移動ができ、特に真空中においても、高精度に動作させることができる特徴がある種々の超音波モータが提案されている。
【００５０】
超音波駆動モータ（Ｒ）１１−ｇは、筒体１１−ｈと噛み合い、又は接触され、駆動電源１１−ｉによって駆動される。超音波駆動モータ１１−ｇは、左方向、右方向に相手の物体に対して、駆動力を与えるが、筒体１１−ｈが回転体であるために、超音波駆動モータの駆動力は筒体１１−ｈに回転運動として伝達される。
【００５１】
筒体１１−ｈの下部には、エンコーダーなどにより構成された回転角度検出器（Ｒ）１１−ｆが設けられ筒体１１−ｈの回転角度を検出する。尚、回転ステージ台１１−ｅは、回転ステージ１１のベースとなる台座プレートであり回転アーム１２上に固定される。
【００５２】
回転軸１１−ａにはウェハー支持台９が固定され、その上にウェハー８が配置されており、筒体１１−ｈも回転軸１１−ａに固定されているので、超音波駆動モータ（Ｒ）１１−ｇの駆動力がそのまま直接的にガタがなく筒体１１−ｈから回転軸１１−ａに伝達されるので、極めて高精度に、ウェハー支持台９及びウェハー８を回転させることができる。
【００５３】
次に、エンコーダーを用いた、回転アーム１２の回転角度を測定する方法について説明する。
【００５４】
回転アーム１２の位置検出は、回転アーム支持軸１２−ａを中心に低熱膨張の素材で外周にレーザー等で２０μｍ程度のピッチでラインを刻んだ角度スケール２０（図９に示す）を取付ける。回転検出器１６には半導体レーザー等の発光部とその反射光を回折格子を通して受ける受光部が組み込まれている。角度スケール２０のラインに回転検出器１６の光りを当て、その反射光でラインを読み取り角度位置を検出する。
【００５５】
この角度スケール２０をテープ状に加工したテープスケール２１（図９に示す）を回転アーム１２の円弧上に貼り付け、回転検出器１６で読み取ることで更に角度精度を上げることが可能である。
【００５６】
次に、上述したステージ系において、ウェハーへの荷電粒子線の照射位置決め方法について詳述する。この照射位置決めは、システム制御及び画像処理演算部１０６により、演算及び動作制御が行われる。
【００５７】
図５は回転アーム１２の回転と、回転ステージ１１の回転とによって、荷電粒子線光学系のもとで、上記位置決めを行うための説明図である。図５において、Ｒ１は、回転アーム１２の回転半径であり、Ｒ２は、半導体ウェハーの半径である。
【００５８】
半導体プロセスのウェハー上へのパターンは、Ｘ、Ｙ座標系でパターン化されており、設計段階からＣＡＤ情報として、パターン形状、座標位置が決められている。
【００５９】
したがって、（Ｘ，Ｙ）座標系の位置情報を回転アーム１２の回転による角度Ｓ１と回転ステージ１１の回転によるＳ２で極座標変換する必要がある。なお、図では、Ｓをシータで表している。
【００６０】
図６は、回転角度Ｓ１と回転角度Ｓ２の制御量を表す式の説明図である。
【００６１】
結論的には、荷電粒子線の目標照射位置の、ウェハー中心からの距離Ｗｒに対する回転アーム１２の制御量Ｓ１は、次式（１）で表せる。
【００６２】
Ｓ１＝２×ｓｉｎ−１（Ｗｒ/（２Ｒ１）      ・・・（１）
そして、回転ステージ１１の制御量Ｓ２は、次式（２）で表せる。
【００６３】
Ｓ２＝−ｗＳ＋Ｓｃｏｒ      ・・・（２）
ここで、上記ｗｓ、Ｓｃｏｒは、次式（３）、（４）で表せる。
【００６４】
ｗＳ＝ｔａｎ−１（（Ｗｙ−２５５）/（Ｗｘ−２５５））      ・・・（３）
Ｓｃｏｒ＝Ｓ１−ｃｏｓ−１（ｘ/Ｗｒ）      ・・・（４）
ただし、（ｘ＝Ｒ１・ｓｉｎＳ１）である。
【００６５】
更に、荷電粒子線光学系のもとで、視野回転のない正立像とするためには、視野回転を行うラスターローテーションで補正を行うことができるが、その補正量は（Ｓ１−Ｓ２）を実行すれば算出することができる。
【００６６】
図７は、具体的な位置決めの動作シーケンスを示すフローチャートである。
【００６７】
図７において、まず、ステップ１００で、ウェハー上のパターンについて、（Ｘ，Ｙ）座標系でＣＡＤデータが与えられる。この（Ｘ，Ｙ）座標をＳ１、Ｓ２によるステージ座標に極座標変換し、ステージ移動を行う（ステップ１０１）。
【００６８】
次に、Ｓ１、Ｓ２から正立像とした時のウェハーの回転角度を計算し（ステップ１０２）、粒子線光学系の偏向器４に対して、回転角度補正を行う（ステップ１０３）。これによって表示像は正立像とすることが出来る。
【００６９】
この段階で第一次の位置決めが終了する（ステップ１０４）。
【００７０】
第一次の位置決めと述べた理由は、この段階で、Ｓ１、Ｓ２によって各回転軸１１−ａ、１２−ａに設けてある回転角度検出器１１−ｆ、１６によって検出し、各モータ１１−ｇ、１４により駆動するが、各軸１１−ａ、１２−ａの回転位置決め精度は、各軸の回転軸の真円度による回転の芯ズレや、回転角度検出器誤差などの誤差要因により、０．５〜数ミクロンメータのズレが発生し、サブミクロンオーダでの位置決めは難しくなる。
【００７１】
そこで第二段階として、荷電粒子線装置で高倍率に拡大した画像において、ＣＡＤで作られているパターンデータに基づいて描かれている表示図形と実パターン像とを表示し、パターンマッチング技術によって、位置ズレを検出するようにする（ステップ１０５）。
【００７２】
例えば、実画像の視野が１０μｍ角とし、Ｘ、Ｙ共に１０００画素とした場合、一画素当たり１０ｎｍとなり、パターンマッチングによって１０ｎｍ近くの位置精度で位置ズレを検出することが出来る。ズレ量が検出出来た後、粒子線装置のイメージシフトでズレ量を補正し（ステップ１０６）、その上で目的とするパターンの拡大像を表示、あるいは形状測定、寸法測定などを実行すれば良い（ステップ１０７）。
【００７３】
尚、ウェハー上で多くの測定点があれば、ステップ１０７からステップ１００に戻り、これをｎ回繰り返すことにより、次々とパターン位置に至達し、観察、測定を行うことが出来る。
【００７４】
以上の方法により、任意のウェハー上のパターンに対し、ＣＡＤデータをもとに全自動で測定したいパターンに至達し、測定をすることが出来る。
【００７５】
次に、ウェハーのノッチ検出や、グローバルアライメントを実行する方法に関して説明する。この方法の特徴とするところは粒子線光学系の中心Ｄに対して回転アーム１２によって回転する軌道上に光学顕微鏡を配置するものである。
【００７６】
図８は、光学顕微鏡の配置の一例を示す図である。
【００７７】
図８において、粒子線光学系の中心Ｄに対して、回転アーム１２の軌道上に低倍率の光学顕微鏡（位置Ａ）、高倍率の顕微鏡（位置Ｂ）、更には偏向顕微鏡（位置Ｃ）を配置する。光学顕微鏡は視野の大きな顕微鏡を配置しており、回転アーム１２でウェハー周辺を視野中心に合わせ、次に回転ステージ１１によって回転することによりウェハー外周およびノッチ位置を検出することが出来る。
【００７８】
Ｂの位置には高倍率の光学顕微鏡を配置し、更に精度良くウェハーアライメントが実施できる。次に回転ステージ１１は、Ｄの位置に移動し、粒子線光学系の視野中心のもとで、必要あれば更に高精度のアライメントが実施できる。
【００７９】
一般の光学顕微鏡では見えにくい膜質の場合もあり、偏向顕微鏡を用いることもあるが、それをＣの位置に配置し、目的に応じて使いわけても良い。
【００８０】
いずれの場合においても、光学顕微鏡により素早くグローバルアライメントが実行でき、粒子線光学系のもとに移動できるので、短時間で実行でき、スループットを向上することができる。
【００８１】
また、図８に示した構成において、光学顕微鏡の位置Ｂにウェハーエッジ部を回転アーム１２によって合わせ、その位置で回転ステージ１１により３６０°回転していくと、次々とエッジ部の欠陥等を検出し、次に荷電粒子線光学系の位置Ｄに回転アーム１２によって移動させ、その位置で回転ステージ１１により３６０°回転していき、光学顕微鏡で得られた欠陥等をレビューすることが出来る。
【００８２】
つまり、ウェハーのエッジ周辺の欠陥を、回転ステージ１１の回転だけで次々とデータ取得が可能であり、位置精度が高く、しかも高速に実施できるという効果が得られる。
【００８３】
ウェハーのエッジから少しずつ、ウェハー内部に場所を移動しながら回転ステージ１１で同心円状に回転させてデータを取得することによりウェハー周辺部のデータを次々と効率良く、高速に取得することができる。
【００８４】
ウェハー上に検出される欠陥は、その中心から半径方向に同心円状に分布することが多く、特にウェハーの周辺部での欠陥が多いと言われており、例えばレビューＳＥＭでこうした欠陥を検出するような場合には、極めて好ましいシステムにすることができる。
【００８５】
また、光学顕微鏡の位置Ｂと、荷電粒子線光学系の位置Ｄは固定的な位置で一対一に対応しており、光学顕微鏡で検出された欠陥等のレビューしたい場所を、ミスすることなく、例えば位置ＤでＳＥＭのもとで正確にレビューすることできる。
【００８６】
さらには、光学顕微鏡による欠陥画像を画像メモリに保存し、次にそれに対応した場所の荷電粒子線画像を画像メモリに保存し、後でこれらを比較解析するように構成すれば、より欠陥部位に対して正しく捉えることができる。
【００８７】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、微細化に対応し、位置決め精度が高く、外部振動にも強く、かつローコストなステージシステムを有する荷電粒子線装を実現することができる。
【００８８】
つまり、回転アーム１２の回転軸１２−ａは、真空内でベアリング１５−ａ、１５−ｂで支持され、この軸１２−ａには回転角度検出器１６を備え、回転アーム１２の先端の円弧部は超音波駆動モータ１４で直接駆動されるので、ガタもなく精度の良い駆動が可能になる。
【００８９】
また、この回転アーム１２の先端付近には、回転アーム１２の一部を支持するガイド機構１３を配置して、このガイド機構１３に沿って回転させるようにすることにより、回転軸１２−ａから伸びた回転アーム１２の片持ち支持がなくなり外部振動にも強い、高い共振周波数にすることができ、剛性の高い回動機構にすることができる。
【００９０】
また、この回転アーム１２の移動量は、ウェハー直径の約半分のストロークで、回転ステージ１１との併用により、ウェハーの全範囲をカバーすることができるので、試料ステージ１０全体を小形化することができる。
【００９１】
試料ステージ１０が小形化されるので、これを囲む試料室５も小形化でき、試料室５そのものの剛性の向上による外部振動に対する強化が図られ、真空容積の小形化による高速な真空排気ができ、ローコスト化も実現できる。
【００９２】
一方、ウェハー上に加工された微細パターンに対する位置決めは、この回転アーム１２の回転軸１２−ａと、回転ステージ１１を駆動するステージシステムで行われるが、これらはウェハーパターンのＣＡＤデータによる座標情報を用いて行う。このＣＡＤ情報は、Ｘ，Ｙ座標系で出来ており、これを２つの回転（回転アーム１２の回転、回転ステージ１１の回転）による回転座標系に変換して、各軸１１−ａ、１２−ａを回動させて位置決めする。
【００９３】
位置決めした時、ウェハーの回転軸方向の角度は荷電粒子線装置の走査方向とは、ずれが生ずるので、演算された回転角度量を装置の走査粒子線の走査方向に回転角度補正量として与えれば、常にウェハーのノッチ側など、決められた方向に対して、正立像を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明が適用される測長ＳＥＭや欠陥レビューＳＥＭなどの荷電粒子線装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるステージシステムの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるステージシステムの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における回転テーブルの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における回転テーブルの位置決めの説明図である。
【図６】本発明の一実施形態における回転軸制御量の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態における位置決めのシーケンスを説明するフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態において、光学顕微鏡等の搭載配置の一例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態において、回転角度検出器の設置位置の説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１・・・電子銃、２・・・収束レンズ、３・・・対物レンズ、４・・・偏向器、５・・・試料室、６・・・ロードロック室、７・・・ゲートバルブ、８・・・ウェハー、９・・・ウェハー支持台、１０・・・試料ステージ、１１・・・回転ステージ、１１−ａ・・・回転軸、１１−ｂ、１１−ｃ・・・コロガイド、１１−ｄ・・・コロ、１１−ｅ・・・回転ステージ台、１１−ｆ・・・回転角度検出器、１１−ｇ・・・超音波駆動モータ、１１−ｈ・・・筒体、１１−ｉ・・・駆動電源、１２・・・回転アーム、１２−ａ・・・回転アーム支持軸１２−ｂ・・・セラミックプレート、１３・・・円弧ガイド、１４・・・超音波駆動モータ、１５・・・回転支持ベアリング１５−ａ、１５−ｂ・・・回転支持ベアリング、１６・・・回転角度検出器、１７・・・リード線、１８・・・配線コネクタ、１９・・・温度センサ、１０１・・・ステージ駆動部、１０２・・・ステージ制御部、１０３・・・検出系制御部、１０４・・・レンズ・偏向器制御部、１０５・・・検出系、１０６・・・システム制御部および画像処理演算部、１０７・・・画像出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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